Tulevana keskiviikkona 24. marraskuuta Driving into the Future -tapahtuman viimeisimmässä pyöreän pöydän kokouksessa keskustellaan siitä, miltä Kanadan akkutuotannon tulevaisuus voisi näyttää. Olitpa optimisti – uskot todella, että kaikki autot ovat sähköisiä vuoteen 2035 mennessä – tai luulet, että emme saavuta tätä kunnianhimoista tavoitetta, akkukäyttöiset autot ovat tärkeä osa tulevaisuuttamme. Jos Kanada haluaa olla osa tätä sähkövallankumousta, meidän on löydettävä tapa tulla johtavaksi autojen voimajärjestelmien valmistajaksi tulevaisuudessa. Katsoaksesi, miltä tulevaisuus näyttää, katso uusin akkuvalmistuksen pyöreän pöydän keskustelu meille Kanadassa keskiviikkona klo 11.00 itäistä aikaa.
Unohda puolijohdeakut. Sama pätee kaikkeen piianodeihin liittyvään hypetykseen. Jopa ylistetty alumiini-ilma-akku, jota ei voi ladata kotona, ei horjuta sähköajoneuvojen maailmaa.
Mikä on rakenteellinen akku? No, tämä on hyvä kysymys. Onneksi minulle, joka en halua teeskennellä, ettei minulla ehkä ole insinööriosaamista, vastaus on yksinkertainen. Nykyiset sähköautot saavat virtansa autoon asennetuista akuista. Oi, olemme löytäneet uuden tavan piilottaa niiden laatu, eli rakentaa kaikki nämä litiumioniakut rungon lattiaan, jolloin luodaan "rullalauta"-alusta, joka on nyt synonyymi sähköautojen suunnittelulle. Mutta ne ovat silti erillään autosta. Lisäosa, jos haluat.
Rakenteelliset akut horjuttavat tätä paradigmaa tekemällä koko rungosta akkukennoista. Näennäisen unenomaisessa tulevaisuudessa ei vain kantava lattia ole -paristojen sijasta, vaan myös tietyt rungon osat - A-pilarit, katot ja jopa, kuten tutkimuslaitos on osoittanut, on mahdollista, ilmansuodatin paineistettu huone - ei vain varustettu paristoilla, vaan se koostuu itse asiassa akuista. Suuren Marshall McLuhanin sanoin auto on akku.
No, vaikka nykyaikaiset litiumioniakut näyttävät huipputeknologialta, ne ovat raskaita. Litiumionien energiatiheys on paljon pienempi kuin bensiinin, joten nykyaikaisten sähköajoneuvojen akut ovat erittäin suuria saavuttaakseen saman kantaman kuin fossiilisia polttoaineita käyttävien ajoneuvojen. Erittäin suuri.
Vielä tärkeämpää on, että ne ovat raskaita. Kuten raskas "leveässä kuormassa". Akun energiatiheyden laskemiseen tällä hetkellä käytetty peruskaava on, että jokainen litiumionikilo voi tuottaa noin 250 wattituntia sähköä. Tai lyhennemaailmassa insinöörit suosivat 250 Wh/kg.
Laske vähän, 100 kWh akku on kuin Tesla kytkettynä Model S -akkuun, mikä tarkoittaa, että minne menetkin, vedät noin 400 kg akkua. Tämä on paras ja tehokkain sovellus. Meille maallikoille saattaa olla tarkempaa arvioida, että 100 kWh:n akku painaa noin 1000 puntaa. Esimerkiksi puoli tonnia.
Kuvittele nyt jotain uuden Hummer SUT:n kaltaista, jonka laivan teho on jopa 213 kWh. Vaikka kenraali löytäisikin läpimurtoja tehokkuudessa, huippu-Hummer kestää silti noin tonnin akkuja. Kyllä, se ajaa pidemmälle, mutta kaikkien näiden lisäetujen vuoksi kantaman kasvu ei ole oikeassa suhteessa akun kaksinkertaistumiseen. Tietysti sen kuorma-autossa on oltava tehokkaampi - toisin sanoen vähemmän tehokas - moottori. Kevyempien, lyhyemmän kantaman vaihtoehtojen suorituskyky. Kuten jokainen autoinsinööri (joko nopeuden tai polttoainetalouden vuoksi) kertoo sinulle, paino on vihollinen.
Tässä rakenneakku tulee mukaan. Rakentamalla autoja akuista sen sijaan, että niitä lisättäisiin olemassa oleviin rakenteisiin, suurin osa lisäpainosta katoaa. Tietyssä määrin – eli kun kaikki rakenteelliset asiat muunnetaan akuiksi – auton ajomatkan lisääminen ei johda lähes minkäänlaiseen painonpudotukseen.
Kuten arvata saattaa – koska tiedän, että istut siellä ja ajattelet "Mikä hieno idea!" - tällä fiksulla ratkaisulla on esteitä. Ensimmäinen on kyky tehdä paristoja materiaaleista, joita voidaan käyttää paitsi minkä tahansa perusakun anodeina ja katodeina, myös riittävän vahvoina - ja erittäin kevyinä! -Kaksitonnisen auton ja sen matkustajien kannattava rakenne ja sen toivotaan olevan turvallinen.
Ei ole yllättävää, että Chalmersin teknillisen yliopiston valmistaman ja Ruotsin kuuluisimman insinööriyliopiston KTH Royal Institute of Technologyn investoiman tähän mennessä tehokkaimman rakenneakun kaksi pääkomponenttia ovat hiilikuitu ja alumiini. Pohjimmiltaan hiilikuitua käytetään negatiivisena elektrodina; positiivinen elektrodi käyttää litiumrautafosfaatilla päällystettyä alumiinifoliota. Koska hiilikuitu johtaa myös elektroneja, raskasta hopeaa ja kuparia ei tarvita. Katodi ja anodi pidetään erillään lasikuitumatriisilla, joka sisältää myös elektrolyyttiä, joten se ei ainoastaan ​​kuljeta litiumioneja elektrodien välillä, vaan myös jakaa rakenteellisen kuorman näiden kahden välillä. Jokaisen tällaisen akkukennon nimellisjännite on 2,8 volttia, ja kuten kaikki nykyiset sähköajoneuvojen akut, se voidaan yhdistää tuottamaan jokapäiväisille sähköajoneuvoille yleistä 400 V tai jopa 800 V.
Vaikka tämä on selvä harppaus, edes nämä korkean teknologian solut eivät ole valmiita parhaaseen katseluun. Niiden energiatiheys on vain mitättömät 25 wattituntia kiloa kohden ja rakenteellinen jäykkyys on 25 gigapascalia (GPa), mikä on vain hieman vahvempi kuin runkolasikuitu. Kuitenkin Ruotsin kansallisen avaruusjärjestön rahoituksella uusimmassa versiossa käytetään nyt enemmän hiilikuitua alumiinifolioelektrodien sijaan, joilla tutkijoiden mukaan on jäykkyyttä ja energiatiheyttä. Itse asiassa näiden uusimpien hiili/hiiliakkujen odotetaan tuottavan jopa 75 wattituntia sähköä kiloa kohden ja Youngin moduulin 75 GPa. Tämä energiatiheys saattaa silti jäädä perinteisten litiumioniakkujen jälkeen, mutta sen rakenteellinen jäykkyys on nyt parempi kuin alumiini. Toisin sanoen näistä akuista valmistettu sähköajoneuvon alustan diagonaaliakku voi olla rakenteellisesti yhtä vahva kuin alumiinista valmistettu akku, mutta paino pienenee huomattavasti.
Näiden huipputeknisten akkujen ensimmäinen käyttökerta on lähes varmasti kulutuselektroniikka. Chalmersin professori Leif Asp sanoi: "Muutamassa vuodessa on täysin mahdollista valmistaa älypuhelin, kannettava tietokone tai sähköpyörä, joka painaa vain puolet nykyisestä ja on kompaktimpi." Kuitenkin, kuten projektista vastaava henkilö huomautti: "Me Se on todellakin vain mielikuvituksemme rajoittaa."
Akku ei ole vain nykyaikaisten sähköajoneuvojen perusta, vaan myös sen heikoin lenkki. Jopa optimistisin ennuste voi nähdä vain kaksi kertaa nykyisen energiatiheyden. Entä jos haluamme saavuttaa uskomattoman toimintamatkan, jonka me kaikki olemme luvanneet – ja näyttää siltä, ​​että joku lupaa joka viikko 1 000 kilometriä latauksella? — Meidän on tehtävä parempaa kuin akkujen lisääminen autoihin: meidän on tehtävä autoja akuista.
Asiantuntijat sanovat, että joidenkin vaurioituneiden reittien väliaikainen korjaaminen, mukaan lukien Coquihallan moottoritie, kestää useita kuukausia.
Postmedia on sitoutunut ylläpitämään aktiivista mutta yksityistä keskustelufoorumia ja rohkaisee kaikkia lukijoita jakamaan näkemyksensä artikkeleistamme. Voi kestää tunnin, ennen kuin kommentit näkyvät verkkosivustolla. Pyydämme sinua pitämään kommenttisi asiaankuuluvina ja kunnioittavasti. Olemme ottaneet käyttöön sähköposti-ilmoitukset – jos saat kommenttivastauksen, jos seuraamasi kommenttiketju päivitetään tai jos seuraat käyttäjän kommenttia, saat nyt sähköpostin. Tutustu yhteisön sääntöihin saadaksesi lisätietoja ja tietoja sähköpostiasetusten säätämisestä.